研究人員開發了一種以絲綢為基礎的生物可降解系統，以取代添加在農産品、油漆和化妝品中的微塑料。

微塑料，即現在在世界各地的空氣、水和土壤中發現的微小塑料顆粒，越來越被認為是一種嚴重的污染威脅，在世界各地的動物和人類的血液中都發現了微塑料。

其中一些微塑料被故意添加到各種産品中，包括農藥、油漆、化妝品和洗滌劑——根據歐洲化學品局的數據，僅在歐盟，這一數字就估計為每年5萬噸。歐盟已經宣布，到2025年必須淘汰這些添加的、不可生物降解的微塑料，因此正在尋找合适的替代品，但目前還沒有。

現在，麻省理工學院和其他地方的一個科學家團隊開發了一種基于絲綢的系統，可以提供一種廉價且容易制造的替代品。麻省理工學院博士後Muchun Liu，麻省理工學院土木和環境工程教授Benedetto Marelli，以及德國和美國巴斯夫化工公司的其他五人在《Small》雜志上發表了一篇論文，描述了這一新過程

在工業産品中廣泛使用的微塑料通常可以保護某些特定的活性成分(或成分)，使其在需要的時候不會因暴露在空氣或水分中而被降解。他們提供了一個緩慢釋放的有效成分的目标時間和最大限度地減少其環境的不利影響。例如，維生素通常以微膠囊的形式裝在藥片或膠囊中，農藥和除草劑也同樣被包裹。但今天用于這種微膠囊化的材料是塑料，它們會在環境中存在很長時間。到目前為止，還沒有一種實用的、經濟的、可以自然生物降解的替代品。

環境微塑料的大部分負擔來自其他來源，例如瓶子和包裝等較大的塑料物體随着時間的推移而降解，以及汽車輪胎的磨損。馬瑞利說，這些來源可能都需要自己的解決方案來減少傳播。他說，歐洲化學署估計，故意添加的微塑料約占環境中總量的10% - 15%，但使用這種基于自然的可生物降解替代品可能相對容易解決這個問題。

他說:“我們無法用一種适用于所有微塑料的解決方案來解決整個問題。”“一個大數字的10%仍然是一個大數字。我們将以1%的速度解決全球氣候變化和污染問題。”

Liu說，與用于精細織物的高質量絲線不同，這種新替代材料中使用的絲蛋白很容易獲得，而且價格更便宜。雖然蠶繭必須經過艱苦的解開才能生産出織物所需的細線，但為了實現這一目的，可以使用非紡織質量的蠶繭，蠶絲纖維可以通過一種可擴展的水性工藝簡單地溶解。加工過程是如此簡單和可調，由此産生的材料可以适應現有的制造設備，潛在地提供了一種使用現有工廠的簡單的“加入”解決方案。

蠶絲被認為是安全的食品或醫療用途，因為它是無毒的，并在體内自然降解。在實驗室測試中，研究人員證明了這種以絲為基礎的塗層材料可以用于現有的标準噴霧制造設備，以制造标準的水溶性微膠囊除草劑産品，然後在溫室中對玉米作物進行測試。劉說，測試表明，它比現有的商業産品效果更好，對植物造成的損害更小。

雖然其他研究小組提出了可降解的封裝材料，可以在小型實驗室中發揮作用，但馬瑞利說:“實現高含量活性物質的封裝，打開商業用途的大門，這是一個強烈的需求。”唯一能産生影響的方法是，我們不僅能用生物降解聚合物替代合成聚合物，而且要達到相同的性能，甚至更好。”

Liu解釋說，使這種材料與現有設備兼容的秘密在于絲綢材料的可調性。通過精确地調整絲綢材料的聚合物鍊排列和表面活性劑的添加，就有可能微調塗料的性能，一旦它們變幹變硬。這種材料可以是疏水的(拒水的)，即使它是在水溶液中制造和加工的，也可以是親水的(吸水的)，或兩者之間的任何地方，對于給定的應用，它可以被制成與它要取代的材料的特性相匹配的材料。

為了得到一個切實可行的解決方案，Liu必須開發一種方法，在封裝材料形成時凍結其形成液滴，以詳細研究其形成過程。她使用一種特殊的噴霧冷凍系統來做到這一點，并能夠準确地觀察封裝如何工作，以便更好地控制它。一些封裝的“有效載荷”材料，無論是農藥、營養物質還是酶，都是水溶性的，而有些則不是，它們與塗層材料以不同的方式相互作用。

她說:“為了封裝不同的材料，我們必須研究聚合物鍊如何相互作用，以及它們是否與懸浮的不同活性材料相容。”有效載荷材料和塗層材料在溶液中混合，然後噴灑。随着液滴的形成，載荷傾向于嵌入到塗層材料的外殼中，無論是原始的合成塑料還是新的絲綢材料。

Liu說，這種新方法可以利用不能用于制作面料的劣質絲綢，目前有大量的絲綢因為沒有重大用途而被丢棄。它還可以使用廢棄的絲綢織物，将這些材料從垃圾填埋場中轉移出來。

馬瑞利說，目前世界上90%的絲綢生産是在中國進行的，但這主要是因為中國已經完善了織物所需的高質量絲線的生産。但他表示，由于這種工藝使用的是散裝絲綢，不需要那種質量水平，如果這種工藝得到廣泛應用，世界其他地區的産量很容易提高，以滿足當地需求。

“這項優雅而巧妙的研究描述了一種可持續的、生物可降解的絲基微塑料膠囊替代品，這是一個緊迫的環境挑戰，”加州大學歐文分校化學和生物分子工程副教授阿隆·戈羅德茨基(Alon Gorodetsky)說，他沒有參與這項研究。“所描述材料的模塊化和制造過程的可擴展性是關鍵優勢，預示着很好地轉化為現實應用。”

康涅狄格農業實驗站(Connecticut Agricultural Experiment Station)主任傑森·懷特(Jason White)說，這個過程“代表了一系列行業，尤其是農業，在有效成分輸送方面的一個潛在的重大進步”，他也沒有參與這項工作。“鑒于當前和未來與糧食不安全、農業生産和氣候變化有關的挑戰，非常需要這樣的新戰略。”

研究團隊還包括來自德國和美國巴斯夫公司的Pierre-Eric Millard, Ophelie Zeyons, Henning Urch, Douglas Findley和Rupert Konradi。這項工作由巴斯夫通過東北研究聯盟(NORA)支持。

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